接种AM真菌与解磷细菌对矿区复垦土壤磷形态及油菜产量的影响

刘 洋，洪坚平，卫 迎

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

大规模的矿山开采活动导致矿区土壤贫瘠，肥力低[1-3]。如何提升矿区土壤的肥力就逐渐成为矿区土壤复垦的首要问题[4-5]。土壤中磷素含量的高低是表征土壤肥力的一个重要指标，矿区复垦土壤普遍存在磷素匮乏问题。因为磷肥施入土壤后极易转换成难溶形态固定，明显降低了磷肥的利用率[6]。所以，提高矿区复垦土壤中的磷素含量以及有效性是培肥复垦土壤的重要影响因素。

解磷微生物可以将土壤中难溶形态的磷转化为易被植物吸收利用的形态，从而提高磷肥利用率、增加土壤中磷素的含量[7-8]。解磷细菌可以有效地提升土壤中磷素的含量，潘虹等[9]研究表明，无机解磷细菌可以提高石灰性土壤中有效磷含量。MA等[10]研究表明，AM真菌可以增加微生物活性，从而促进植物对营养元素的吸收和利用。毕银丽等[11]研究表明，丛枝菌根真菌与解磷细菌联合作用显著地提高了土壤有效磷含量和磷肥利用率。

目前，利用Hedley磷分级方法[12]来表征不同培肥处理对复垦土壤不同形态磷组分影响的研究很少。本试验通过盆栽试验对矿区复垦土壤Hedley磷形态与油菜产量进行研究，探讨接种解磷细菌与AM真菌对矿区复垦土壤的改良状况，以期为合理培肥复垦土壤和农业生产的发展提供一些理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤 本试验土壤采用山西省长治市襄垣县采煤塌陷区复垦第1年的土壤，属于石灰性褐土，质地为中壤土，基本养分状况列于表1。

表1 供试土壤基本养分状况

1.1.2 供试作物 供试作物为油菜，品种为四月蔓。

1.1.3 供试肥料 供试基肥：尿素，含氮46%；磷矿粉，含 P2O519%；硫酸钾，含 K2O54.0%。

供试有机肥：含有机质 38.9%，含 N2.15%，含P2O51.06%，含 K2O1.31%。

供试菌群：解磷细菌（假单胞细菌1、假单胞细菌2和拉恩氏菌，经验证它们无拮抗反应，将这3株解磷细菌混合培养后经高密度发酵后制成液体菌剂）；AM真菌，为幼套球囊霉（Glomus etunicatum，编号 BGCNM03F）和摩西球囊霉（Glomus mosseae，编号BGCJX04B），由北京市农林科学院植物营养与资源研究所BGC菌种库提供。菌种预先经白三叶草（Trifolium spp.）盆栽繁殖3个月，采集含有AM真菌孢子、根外菌丝体和侵染根段的土样混合物作为接种剂，接种剂真菌幼套球囊霉和摩西球囊霉的孢子密度分别为63，35个/g。

1.2 试验设计和管理

用解磷细菌和AM真菌对复垦土壤进行单一接种和混合接种共3种处理，分别设置低（C1）、中（C2）、高（C3）3 种浓度，解磷细菌设置 C1（1 mL/盆）、C2（4 mL/盆）、C3（7 mL/盆）3 个浓度，AM真菌设置 C1（0.4 g/盆）、C2（0.8 g/盆）、C3（1.2 g/盆）3 个浓度，混合接种按1∶1进行配置，设置C1（AM真菌 0.2 g/盆与解磷细菌 0.5 mL/盆）、C2（AM真菌0.4 g/盆与解磷细菌 2 mL/盆）、C3（AM真菌 0.6 g/盆与解磷细菌3.5 mL/盆）3个浓度。另外，设置加入基肥的对照处理和不施肥对照处理共11个处理，每个处理3次重复，共装33盆。盆栽试验用15 cm×10 cm的塑料盆，土壤过2 mm筛后，装盆，每盆装风干土1.2 kg。除不施肥处理外，其余每盆都施入相同的基肥（尿素 0.33 g，磷矿粉 0.83 g，硫酸钾0.14 g，有机肥10 g）。按试验要求称好后，装盆前将菌肥、基肥、有机肥与土充分混匀，在保证各盆紧实度一致的情况下，将盆内土面整平。播种后，在油菜生长期间定期定量浇水，同时依次轮换盆的位置，按常规方法管理。于油菜收获期进行植物和土壤样品采集。土壤样品自然风干后，研磨，过1mm筛，然后到实验室进行指标测定。

盆栽试验在山西农业大学资源与环境学院温室大棚进行，化验分析在山西农业大学资源与环境学院环境监测实验室完成。

1.3 测定项目及方法

油菜产量采用电子秤直接称质量。

土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；土壤全磷含量采用NaOH熔融-钼锑抗比色法；土壤碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法。

土壤Hedley磷分级：按照修正后的Hedley法对土壤磷形态进行分级，将土壤磷分成H2O-Pi，NaHCO3-P，NaOH-P，HCl-P和残渣态磷共 5种形态[13-14]，每种形态分为有机态和无机态2个部分。分别用蒸馏水、0.5 mol/L 碳酸氢钠溶液、0.1 mol/L 氢氧化钠溶液、1.0 mol/L盐酸溶液连续浸提土壤中稳定性由弱到强的各级磷。分别提取出H2O-Pi，NaHCO3-P，NaOH-P，HCl-P 和残渣态磷[15]，用钼蓝比色法测定溶液中无机磷（Pi）含量；加过硫酸铵，硫酸消化后用比色法测定溶液中的总磷（Pt），二者的差值为有机磷（Po）含量。残渣态磷采用高氯酸－浓硫酸消煮法进行测定。

1.4 数据处理与分析

所有数据用Microsoft Excel 2007进行计算，用统计软件SPSS 21进行方差分析，用Duncan法进行显著性检验（α＝0.05）。

2 结果与分析

2.1 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤油菜产量的影响

由图1可知，接种解磷细菌和AM真菌均能有效地提高复垦土壤中油菜产量。接种解磷细菌的复垦土壤中油菜产量显著高于2个不接种菌群的CK处理，在菌液浓度为C2（4 mL/盆）时油菜产量显著高于其他2个浓度处理。接种AM真菌的复垦土壤中油菜产量也显著高于2个不接种菌群的CK处理，菌液浓度为C2（0.8 g/盆）时油菜产量显著高于其他2个浓度处理。同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中油菜产量显著高于2个不接种菌群的CK处理，在菌液浓度为C2（AM真菌0.4 g/盆和解磷细菌2 mL/盆）时，油菜产量高于其他2个浓度处理的油菜产量，与C1浓度相比差异不显著，与C3浓度相比差异显著。

在C2浓度处理下，同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中油菜产量显著高于接种解磷细菌的复垦土壤中油菜产量，并且也高于接种AM真菌的复垦土壤中油菜产量，但差异不显著。其他2个浓度处理下，接种不同菌群的复垦土壤中油菜产量并没有明显的差异，说明同时接种适量浓度解磷细菌和AM真菌对提升复垦土壤的油菜产量效果最好。

同时接种适量浓度解磷细菌和AM真菌可以明显提升复垦土壤的油菜产量，与不施肥对照相比，油菜产量提升了42.08%。解磷细菌与AM真菌的联合作用能够创造出植物根系最好的微生物环境，解磷效果最好，产量最高，这与张健等[16]的解磷菌群解磷能力的强弱与油菜产量呈正相关的研究结论相似。同时，解磷效果最好的处理可以将更多的难溶形态的磷转化为可溶形态，土壤有效磷的含量也就最多，这与郜春花等[17]研究的解磷菌的解磷溶磷能力与土壤磷素的供应强度成正比的结果相一致。

2.2 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤有效磷含量的影响

从表2可以看出，接种解磷细菌和AM真菌均能有效地提高复垦土壤中有效磷的含量。单一接种解磷细菌和AM真菌的处理下，复垦土壤中有效磷含量显著高于2个不接种菌群的CK处理，但是随着菌液浓度的变化有效磷含量并没有明显的变化。同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中，有效磷含量显著高于不接种菌群的空白处理，并且在C2浓度处理下有效磷的含量最高。

表2 接种解磷细菌和AM真菌对复垦土壤有效磷含量的影响 mg/kg

整体看来，同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中有效磷含量显著高于单一接种解磷细菌和AM真菌处理的复垦土壤中有效磷含量。说明同时接种适量解磷细菌和AM真菌对提升复垦土壤的有效磷含量作用效果是最好的。因为同时接种适量解磷细菌和AM真菌的根系微生物环境是最好的，将难溶形态的磷转化为易溶形态效果最好。这与张健等[16]的解磷菌群解磷能力越强土壤中有效磷含量越高的研究结论相似。

2.3 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤全磷含量的影响

从表3可以看出，接种菌群的复垦土壤中全磷含量显著高于不施基肥的CK处理，但与施用基肥的CK处理相比并没有显著差异。在C2菌液浓度时，单一接种解磷细菌和AM真菌与同时接种解磷细菌和AM真菌3种处理下复垦土壤中全磷含量均显著高于其他2个浓度处理，且3种不同处理间复垦土壤全磷含量为：解磷细菌＞AM真菌＞解磷细菌+AM真菌。说明适量浓度的菌液处理对复垦土壤中全磷含量提升效果比较好。其中，解磷细菌可能是由于数量上的优势导致土壤中全磷含量比其他菌群处理效果好，因为解磷细菌才是将难溶形态磷转化为易溶形态的主要作用菌群。

表3 接种解磷细菌和AM真菌对复垦土壤全磷含量的影响 mg/kg

2.4 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤碱性磷酸酶活性的影响

从表4可以看出，在C2菌液浓度时，单一接种解磷细菌和AM真菌与同时接种解磷细菌和AM真菌3种处理下复垦土壤中碱性磷酸酶活性显著高于2个不接种菌群的CK处理，但与其他2个浓度处理相比并没有显著性差异。3种不同处理间复垦土壤中碱性磷酸酶活性随着浓度的变化均没有显著性差异，说明适量浓度的菌液处理对复垦土壤中碱性磷酸酶活性提升效果比较好，但是整体看来效果并不明显。

表4 接种解磷细菌和AM真菌对复垦土壤碱性磷酸酶活性的影响mg/（kg·d）

2.5 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤Hedley无机磷形态的影响

2.5.1 接种 AM真菌与解磷细菌对复垦土壤H2O-Pi含量的影响 从图2可以看出，接种解磷细菌和AM真菌均能使复垦土壤中H2O-Pi含量有所提高。接种解磷细菌的复垦土壤中H2O-Pi含量显著高于不施基肥的CK处理，但与施用基肥的CK处理相比差异不显著；在C2浓度时，复垦土壤中H2O-Pi含量显著高于其他处理并达到最大，比CK提高了7.41 mg/kg。接种AM真菌的复垦土壤中H2O-Pi含量显著高于不施基肥的CK处理，但与施用基肥的CK处理相比差异不显著；在C2浓度时，复垦土壤中H2O-Pi含量达到最大，但与其他2个浓度处理相比并没有显著性差异，仅比CK提高了4.6 mg/kg。同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中H2O-Pi含量显著高于不施基肥的CK处理，但与施用基肥的CK处理相比差异性并不显著；在C2浓度时，复垦土壤中H2O-Pi含量显著高于其他处理并达到最大，比CK提高了7.97 mg/kg。

整体看来，同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中H2O-Pi含量略高于单一接种解磷细菌的复垦土壤，但这2个处理都显著高于单一接种AM真菌的处理，说明单一接种AM真菌对提高复垦土壤中H2O-Pi含量并没有明显的效果。同时接种适量浓度的解磷细菌和AM真菌对复垦土壤中H2O-Pi含量改善效果是最好的，与单施基肥的对照相比，同时接种解磷细菌和AM真菌处理下H2O-Pi含量提升了6.14%～38.90%。解磷细菌能够产生有机酸和一些酶类，这能有效地促进难溶形态的磷向植物可利用的无机磷形态转化，所以，接种解磷细菌对复垦土壤中H2O-Pi含量提升有明显的效果。孟会生[18]研究结果表明，解磷菌群可以提升土壤中H2O-Pi含量。本试验表明，同时接种解磷细菌和AM真菌的微生物环境下解磷细菌的活性更佳，提升H2O-Pi含量的效果也最好。

2.5.2 接种 AM真菌与解磷细菌对复垦土壤NaHCO3-Pi含量的影响 从图3可以看出，接种解磷细菌和AM真菌均能使复垦土壤中NaHCO3-Pi含量有所提高。与施入基肥相比，接种解磷细菌的复垦土壤中NaHCO3-Pi含量增加了1.58%～12.43%；接种AM真菌的复垦土壤中NaHCO3-Pi含量增加了6.86%～15.11%；同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中NaHCO3-Pi含量增加了11.39%～14.86%。3种不同的菌种处理均是在C2浓度时NaHCO3-Pi含量最高且显著高于施入基肥的CK处理，且3种不同的菌种同一浓度水平处理间复垦土壤中NaHCO3-Pi含量无显著差异。

NaHCO3-Pi是一种以范德华力结合在黏土矿物和有机物表面的磷，植物可利用性极高[19]。本研究表明，接种解磷菌群可显著提升土壤中NaHCO3-Pi含量，孟会生[18]和弓莉斌[20]的研究都表明，解磷菌肥对土壤中NaHCO3-Pi含量提升具有良好的效果。不同菌种处理下土壤中NaHCO3-Pi含量没有显著性差异，可能是由于本试验采用菌种较少造成的，有待进一步研究不同菌种对土壤中NaHCO3-Pi含量的影响。

2.5.3 接种 AM真菌与解磷细菌对复垦土壤NaOH-Pi含量的影响 由图4可知，接种解磷细菌的复垦土壤中NaOH-Pi含量显著高于不施基肥的CK处理，但与施用基肥的CK处理相比差异不显著；在C2浓度时，复垦土壤中NaOH-Pi含量达到最大，比不施基肥CK提高了16.02 mg/kg。接种AM真菌的复垦土壤中NaOH-Pi含量在C2浓度时达到39.64 mg/kg，显著高于其他几个处理，但其他处理间差异不显著。同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中NaOH-Pi含量与施入基肥的CK相比提高了47.53%～63.54%；在C2浓度处理时达到最大值40.33 mg/kg，但与C1和C3浓度处理间无显著性差异。

几种不同菌群处理下复垦土壤中NaOH-Pi含量为：解磷细菌+AM真菌＞解磷细菌＞AM真菌＞基肥＞CK，说明同时接种适量浓度的解磷细菌和AM真菌对复垦土壤中NaOH-Pi含量提升效果是最好的。孟会生[18]研究结果表明，解磷菌群可以提升土壤中NaOH-Pi含量，NaOH-Pi是以化学吸附附着在土壤表面Fe，Al上的磷[21]，微生物活性越高，越有益于土壤中NaOH-Pi含量的提升。

2.5.4 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤HCl-Pi含量的影响 从图5可以看出，与施用基肥的对照相比，接种解磷细菌的复垦土壤中HCl-Pi含量整体来看呈现出降低的趋势；C2浓度处理下复垦土壤中HCl-Pi含量显著低于其他2个浓度的处理。接种AM真菌的复垦土壤中HCl-Pi含量在施用基肥和3个浓度的处理间无显著差异。

同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中HCl-Pi含量与 CK 相比降低了 26.68%～32.89%；在C2浓度处理时，降低到最低值264.34 mg/kg，且显著低于其他2个浓度处理。不同菌群处理下复垦土壤中HCl-Pi含量为AM真菌＞解磷细菌＞解磷细菌+AM真菌，且3个处理间具有显著性差异，说明同时接种适量浓度的解磷细菌和AM真菌对复垦土壤中HCl-Pi的利用效果是最好的。HCl-Pi主要是提取自土壤中与Ca相结合的难溶形态的磷[22]，HCl-Pi含量越低，说明难溶形态的磷转化为易溶形态的量越大，复垦效果越好。

2.5.5 接种AM真菌与解磷细菌对复垦土壤残渣态-P含量的影响 从图6可以看出，接种解磷细菌的复垦土壤中残渣态-P含量在C1与C3浓度时与施入基肥的处理相比无显著性差异；在C2浓度处理时达到最低值257.99 mg/kg，且显著低于其他2个浓度处理。接种AM真菌的复垦土壤中残渣态-P含量在3种不同浓度的处理间没有显著性差异，但都明显低于施用基肥的对照。同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中残渣态-P含量显著低于2个对照，与施用基肥的对照相比，同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中残渣态-P含量降低了15.62%～21.03%。在C2浓度处理时复垦土壤中残渣态-P的利用效果最好。

就整体趋势来看，同时接种解磷细菌和AM真菌的复垦土壤中残渣态-P含量最低，说明同时接种适量浓度的解磷细菌和AM真菌对复垦土壤中残渣态-P利用效果是最好的。残渣态-P是一种闭蓄态磷，一般很难被植物吸收利用。提取也是经过浓硫酸消化，破坏土壤晶格结构才可以提取[18]。微生物活性越高，产生的有机酸越多，而这种有机酸可以促进残渣态-P的溶解，提升可用率[23]。

3 结论

本研究结果表明，接种解磷细菌和AM真菌能有效地提高油菜产量，其中，同时接种解磷细菌和AM真菌效果最好，在C2浓度时比其他浓度处理提高了 38.9%～42.08%。

同时接种解磷细菌和AM真菌处理下的矿区复垦土壤中有效磷含量显著高于单一接种解磷细菌和AM真菌，且在C2浓度时达最大值10.55 mg/kg，比其他浓度处理提升了24.41%～143.09%。

矿区复垦土壤在Hedley方法分析下的各种磷素形态均是在同时接种解磷细菌和AM真菌的处理下改良效果最好，在C2浓度处理下，H2O-Pi含量、NaHCO3-Pi含量和NaOH-Pi含量分别比其他浓度处理提升了 22.66%～35.93%，14.82%～22.61%，14.82%～63.54%，HCl-Pi含量和残渣态 -P含量分别比其他浓度处理降低了 32.89%～35.00%，21.03%～27.74%。

同时接种适量浓度的解磷细菌和AM真菌对矿区复垦土壤改良效果是最好的，且磷素有效利用率也是最高的。

土壤中的磷大部分都以难溶性的磷酸钙盐等形态存在，有效性低。很多研究都表明，解磷细菌可以将土壤中难溶性磷转化为可溶性磷，提高土壤中的有效磷含量，促进植物的生长[11，24]。AM真菌具有很强的吸收和积累磷素的能力，与植物根系共同作用，可以很好地改善植物对磷素的吸收，且AM真菌可以改善植物根系区域的微生物环境，增强微生物活性[25]。本试验结果表明，解磷细菌与AM真菌的联合作用可以有效地改善复垦土壤的复垦效果，明显地提升土壤中磷素的利用率。但由于进行时间不长等一些因素的影响，存在很多不足之处，系统规律地研究还有待进一步地进行跟踪定位试验。

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